液壓與氣壓傳動技術(shù)教程(第八講)

1、第第4章章 液壓缸液壓缸4、1 液壓缸的類型及特點液壓缸的類型及特點 4、2 液壓缸的設(shè)計計算液壓缸的設(shè)計計算 4、3 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第第4章章 液壓液壓缸缸 目的任務(wù)目的任務(wù)重點難點重點難點 提問作業(yè)提問作業(yè)目的任務(wù)目的任務(wù)了解液壓缸結(jié)構(gòu)形式了解液壓缸結(jié)構(gòu)形式 掌握液壓缸參數(shù)計算和特點掌握液壓缸參數(shù)計算和特點 重點難點重點難點單桿活塞液壓缸單桿活塞液壓缸 密封、緩沖、排氣密封、緩沖、排氣 提問作業(yè)提問作業(yè)齒輪泵、葉片泵、柱塞泵各用于何種壓力？齒輪泵、葉片泵、柱塞泵各用于何種壓力？為什么？為什么？ 第4章 液壓缸功用：將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)換為功用：將液壓泵供給的液壓能轉(zhuǎn)換

2、為 機械能而對負載作功，實現(xiàn)直機械能而對負載作功，實現(xiàn)直 線往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動。線往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動。 4、1 液壓缸的類型及特點 4、1、1 活塞式液壓缸活塞式液壓缸 4、1、2 柱塞式液壓柱塞式液壓 *4、1、3 擺動液壓馬達擺動液壓馬達（擺動液壓缸）（擺動液壓缸） *4、1、4其它形式的常用缸其它形式的常用缸 4、1 液壓缸的類型及特點 活塞式活塞式 按結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)形式 柱塞式柱塞式 組合式組合式 分 類 單作用式：液體或氣體只控制單作用式：液體或氣體只控制 按作用方式按作用方式 缸一腔單向運動缸一腔單向運動 雙作用式：液體或氣體控制缸雙作用式：液體或氣體控制缸 兩腔實現(xiàn)雙向運動兩腔實

3、現(xiàn)雙向運動4、1、1 活塞式液壓缸活塞式液壓缸 定義定義 分類分類活塞式液壓缸定義活塞式液壓缸定義在缸體內(nèi)作相對往復(fù)運動的組件為活塞的液壓缸在缸體內(nèi)作相對往復(fù)運動的組件為活塞的液壓缸 分 類 雙桿雙桿 按伸出活塞桿不同按伸出活塞桿不同 單單桿桿 無桿無桿 缸體固定缸體固定 按固定方式不同按固定方式不同 右右 左左 活塞左移活塞左移 占地面積大占地面積大 進油腔位置與活塞運動方向相反進油腔位置與活塞運動方向相反空心雙空心雙桿活塞式液壓缸桿活塞式液壓缸桿固定式桿固定式 進油腔進油腔 回油腔回油腔 運動方向運動方向 占地范圍應(yīng)用場合占地范圍應(yīng)用場合 左左 右右 缸體左移缸體左移 兩倍于兩倍于L，占地

4、面積，占地面積 右右 左左 缸體右移缸體右移 小，大中型設(shè)備小，大中型設(shè)備 進油腔位置與活塞運動方向相同進油腔位置與活塞運動方向相同單活塞桿液壓缸單活塞桿液壓缸 簡單連接式簡單連接式 速度、推力計算速度、推力計算差動連接式液壓缸差動連接式液壓缸簡單連接式特點：特點：1）兩腔面積不等）兩腔面積不等,A1 A2 2) 壓力相同時，推力不等壓力相同時，推力不等 流量相同時，速度不等流量相同時，速度不等 即不具有等推力等速度特性即不具有等推力等速度特性 速度、推力計算速度、推力計算 無桿腔進油時無桿腔進油時 有桿腔進油時有桿腔進油時 結(jié)論結(jié)論 運動行程運動行程無桿腔進油時無桿腔進油時 v1 = q/A

5、1 = 4q/D2 F1 = p1A1 - p2A2 =D2 p1 - (D2-d2)p2/4 有桿腔進油有桿腔進油時時 v2 = q/A2 = 4q/(D2-d2) F2 = p1A2- p2A1 = (D2-d2) p1-D2 p2/4 單活塞桿液壓缸簡單連接比較單活塞桿液壓缸簡單連接比較 A1 A2 v1 F2 故故 活塞桿伸出時，推力較大，速度較小活塞桿伸出時，推力較大，速度較小 活塞桿縮回時，推力較小，速度較大活塞桿縮回時，推力較小，速度較大 因而：活塞桿伸出時，適用于重載慢因而：活塞桿伸出時，適用于重載慢速速 活塞桿縮回時，適用于輕載快速活塞桿縮回時，適用于輕載快速 往復(fù)速比：往復(fù)

6、速比： v = v2 / v1 = D2/ D2-d2 d = D（v-1）/v 單活塞桿液壓缸簡單連接結(jié)論單活塞桿液壓缸簡單連接結(jié)論活塞桿直徑越小，兩個方向速度差值越小?；钊麠U直徑越小，兩個方向速度差值越小。 固定方式和工作過程皆與雙桿活塞液壓缸相同。固定方式和工作過程皆與雙桿活塞液壓缸相同。運動行程皆為兩倍的活塞或缸體的有效行程。運動行程皆為兩倍的活塞或缸體的有效行程。差動連接式液壓缸差動連接式液壓缸 差動連接差動連接速度、推力計算速度、推力計算特點特點 應(yīng)用應(yīng)用差動連接差動連接單桿活塞液壓缸兩腔同時通入流體時，單桿活塞液壓缸兩腔同時通入流體時，利用兩端面積差進行工作的連接形式。利用兩端面

7、積差進行工作的連接形式。 差動連接速度、推力計算差動連接速度、推力計算 v3A1 = q + v3A2 v3 = q/A1-A2=4 q/d2 故故 要使要使v2 = v3 ，D = 2 d F3 = p1（A1-A2） = d2p1/4 差動連接特點差動連接特點在不增加流量的前提下，實現(xiàn)快速運動在不增加流量的前提下，實現(xiàn)快速運動 單桿活塞液壓缸應(yīng)用單桿活塞液壓缸應(yīng)用單桿活塞液壓缸不同連接，可實現(xiàn)如下工作循單桿活塞液壓缸不同連接，可實現(xiàn)如下工作循 環(huán)：環(huán)： （差動連接）（差動連接） （無桿腔進油）（有桿腔進油）（無桿腔進油）（有桿腔進油） 快進快進 工進工進 快退快退 v3、F3 v1、F1

8、v2、F2 動畫演示動畫演示4、1、2 柱塞式液壓缸柱塞式液壓缸定義定義結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理工作原理速度、推力計算速度、推力計算特點特點定定 義義在缸體內(nèi)做相對往復(fù)運動的組件是柱塞的液壓在缸體內(nèi)做相對往復(fù)運動的組件是柱塞的液壓缸缸 柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)柱塞式液壓缸結(jié)構(gòu)缸體、柱塞、導(dǎo)向套、鋼絲卡圈等缸體、柱塞、導(dǎo)向套、鋼絲卡圈等柱塞式液壓缸工作原理柱塞式液壓缸工作原理 自重自重只能單向運動，回程需靠外力只能單向運動，回程需靠外力 彈簧力彈簧力需雙向運動時，常成對使用。需雙向運動時，常成對使用。 動畫演示動畫演示柱塞式液壓缸速度、推力計算柱塞式液壓缸速度、推力計算 v = q/A = 4q/d2 F =

9、pA = d2 p/4 柱塞式液壓缸特點柱塞式液壓缸特點 柱塞工作時總是受壓，一般較粗柱塞工作時總是受壓，一般較粗 水平放置易下垂，產(chǎn)生單邊磨損水平放置易下垂，產(chǎn)生單邊磨損 故故 常垂直放置，有時可做成空心常垂直放置，有時可做成空心 又又 缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸缸體內(nèi)壁與柱塞不接觸 可不加工或只粗加工，工藝性好可不加工或只粗加工，工藝性好 龍門刨龍門刨床床 故故 常用于長行程機床，如常用于長行程機床，如 導(dǎo)軌磨床導(dǎo)軌磨床 大型拉大型拉床床*4、1、3 擺動液壓馬達擺動液壓馬達（擺動液壓缸（擺動液壓缸） 分類分類組成組成工作原理工作原理參數(shù)計算參數(shù)計算雙葉片擺動式液壓馬達雙葉片擺動式液壓馬達特點特

10、點擺動液壓缸分類擺動液壓缸分類 單葉片式單葉片式*、雙葉片、雙葉片 擺動液壓缸組成缸體、定子塊、葉片、傳動軸等缸體、定子塊、葉片、傳動軸等擺動液壓缸工作原理擺動液壓缸工作原理當(dāng)缸的一個油口進壓力油，另一油當(dāng)缸的一個油口進壓力油，另一油口回油時，葉片在壓力油作用下往口回油時，葉片在壓力油作用下往一個方向擺動，帶動軸偏轉(zhuǎn)一定角一個方向擺動，帶動軸偏轉(zhuǎn)一定角度小于度小于3600）當(dāng)進回油口互換時，）當(dāng)進回油口互換時，馬達反轉(zhuǎn)。馬達反轉(zhuǎn)。 擺動液壓缸參數(shù)計算擺動液壓缸參數(shù)計算 T = zb/8(D2-d2)(p1-p2)m = 8qcv/zb(D2-d2) 雙葉片擺動式液壓馬達 T雙 = 2T單 雙=

11、1/2單 擺動液壓缸特點擺動液壓缸特點結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封結(jié)構(gòu)緊湊，輸出轉(zhuǎn)矩大，但密封困難，一般只用于中低壓系統(tǒng)。困難，一般只用于中低壓系統(tǒng)。 *4、1、4其它形式的常用缸其它形式的常用缸 增壓缸（增壓器）增壓缸（增壓器） 多級缸（伸縮缸）多級缸（伸縮缸） 齒條活塞缸（無桿液壓缸）齒條活塞缸（無桿液壓缸） 增壓缸（增壓器）增壓缸（增壓器） 作用作用 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 增壓原理增壓原理增壓缸作用增壓缸作用得到高于泵壓的輸出壓力得到高于泵壓的輸出壓力 增壓缸結(jié)構(gòu)增壓缸結(jié)構(gòu)單作用、雙作用單作用、雙作用 增壓缸增壓原理增壓缸增壓原理 A1 p1=A2 p2 p1D2/4=p2d2/4 p2 = A1

12、/ A2 p1 = p1 D2/d2 =K p1 K增壓比 增壓缸特點增壓缸特點 在不在不 p p 的前提下，靠的前提下，靠 A來來 p 單單 作用斷續(xù)增壓、雙作用連續(xù)增壓作用斷續(xù)增壓、雙作用連續(xù)增壓 多級缸（伸縮缸）多級缸（伸縮缸） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理工作原理特點應(yīng)用特點應(yīng)用多級缸結(jié)構(gòu)由兩個或多個活塞缸或柱塞缸套裝由兩個或多個活塞缸或柱塞缸套裝而成，有單作用和雙作用之分。而成，有單作用和雙作用之分。 動畫演示動畫演示多級缸工作原理活塞或柱塞伸出時，從大到小，活塞或柱塞伸出時，從大到小，速度逐漸增大，推力逐漸減小。速度逐漸增大，推力逐漸減小?；钊蛑s回時，從小到大。活塞或柱塞縮回時，從小到大

13、。多級缸特點應(yīng)用 工作時可伸很長，不工作時縮短工作時可伸很長，不工作時縮短 占地面積小，且推力隨行程增加而減小占地面積小，且推力隨行程增加而減小 故故 起重機伸縮臂、自動傾卸卡車、火箭發(fā)起重機伸縮臂、自動傾卸卡車、火箭發(fā) 射臺等皆用射臺等皆用動畫演示動畫演示 齒條活塞缸（無桿液壓缸）齒條活塞缸（無桿液壓缸） 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工作原理工作原理 應(yīng)應(yīng) 用用無桿液壓缸結(jié)構(gòu)無桿液壓缸結(jié)構(gòu)缸體、活塞、齒條、齒輪、端蓋等缸體、活塞、齒條、齒輪、端蓋等 無桿液壓缸工作原理無桿液壓缸工作原理左腔進油，右腔回油時，齒條右移，左腔進油，右腔回油時，齒條右移，齒輪帶動工作臺逆轉(zhuǎn)。齒輪帶動工作臺逆轉(zhuǎn)。右腔進油，左腔回油時

14、，齒條左移，右腔進油，左腔回油時，齒條左移，齒齒 輪帶動工作臺順轉(zhuǎn)輪帶動工作臺順轉(zhuǎn) 。無桿液壓缸應(yīng)用無桿液壓缸應(yīng)用 常用于需要回轉(zhuǎn)運動的場合，常用于需要回轉(zhuǎn)運動的場合， 如：自動線、磨床如：自動線、磨床 4、2 液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的設(shè)計與計算 液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力的確定 液液 壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定 缸筒壁缸筒壁厚厚的確定的確定 液壓缸其它部位尺寸的確定液壓缸其它部位尺寸的確定 4、2 液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的設(shè)計與計算液壓缸的主要尺寸包括：液壓缸的主要尺寸包括： 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D 活塞桿直徑活塞桿直徑d 液壓缸缸體長度液壓缸缸體長度L

15、液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力的確定 見表見表4、2、1，4、2、2 液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的確定（一）液壓缸內(nèi)徑（一）液壓缸內(nèi)徑D （二）活塞桿直徑（二）活塞桿直徑d 液壓缸內(nèi)徑液壓缸內(nèi)徑D 1 根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來確定根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來確定 2 根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量 來確定來確定根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來確定根據(jù)最大總負載和選取的工作壓力來確定 以單桿缸為例：以單桿缸為例：無桿腔進油時無桿腔進油時 D=4F1/(p1-p2)-d2p2/p1-p2 有桿腔進油時有桿腔進油時D=

16、4F2/(p1-p2)+d2p1/p1-p2 若初步選取回油壓力若初步選取回油壓力p2=0，則上面兩式簡化為：，則上面兩式簡化為：無桿腔進油時無桿腔進油時 D=4F1/p1 有桿腔進油時有桿腔進油時 D=4F2/p1+d2根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)速度要求和選定液壓泵流量來確定無桿腔進油時： D=4qv/v1 有桿腔進油時： D=4qv/v1+ d2 計算所得液壓缸的內(nèi)徑（即活塞直徑）應(yīng)圓整為標準值 （二）活塞桿直徑（二）活塞桿直徑d 原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設(shè)原則：活塞桿直徑可根據(jù)工作壓力或設(shè) 備類型選取液壓缸的往復(fù)速度比備類型選取液壓缸的往復(fù)速度比 有一定要求時有一定要求時 d = Dv-1/v

17、 計算所得活塞桿直徑計算所得活塞桿直徑d亦應(yīng)圓整亦應(yīng)圓整 為標準系列值。為標準系列值。（三）液壓缸缸體長度（三）液壓缸缸體長度L 原則：由液壓缸最大行程、活塞寬原則：由液壓缸最大行程、活塞寬 度、活塞桿導(dǎo)向套長度、活塞桿導(dǎo)向套長 度、活度、活 塞桿密封塞桿密封 長度和特殊要求的長度和特殊要求的 其它長度確定其它長度確定, 為減小加工難為減小加工難 度，一般液壓缸缸體長度不度，一般液壓缸缸體長度不 應(yīng)大于內(nèi)徑的應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍。倍。 三三 缸筒缸筒壁厚壁厚 中低壓系統(tǒng)，無需校核中低壓系統(tǒng)，無需校核 確定原則確定原則 高壓大直徑時，必須校核高壓大直徑時，必須校核 缸筒壁厚缸筒壁厚校核方法校核

18、方法薄壁缸體（無縫鋼管）薄壁缸體（無縫鋼管）: 當(dāng)當(dāng)/ D0.08時時 pmaxD/2 厚壁缸體（鑄造缸體）厚壁缸體（鑄造缸體）: 當(dāng)當(dāng)/ D=0.080.3時時 pmaxD/2.3 -3pmax 當(dāng)當(dāng)/ D0.3時時 D/2+ 0.4 py/ -1.3py-1液壓缸其它部位尺寸的確定液壓缸其它部位尺寸的確定 導(dǎo)向長度導(dǎo)向長度HL/20+D/2 （L為液壓缸最大行程為液壓缸最大行程） 活塞寬度活塞寬度B =（0、61、0）D； A =(0.610)D （D80mm） 導(dǎo)向套滑動面長度導(dǎo)向套滑動面長度A A =(0.61)d （D80mm） 如裝有隔套如裝有隔套K時，時， C = H -（A+B

19、）/2 液壓缸其它部位尺寸的確定液壓缸其它部位尺寸的確定活塞桿長度由活塞桿長度由L確定，必要時需進行穩(wěn)定性驗算。確定，必要時需進行穩(wěn)定性驗算。 當(dāng)液壓缸承受軸向壓縮載荷時：當(dāng)液壓缸承受軸向壓縮載荷時： 若若l/d15時，無須驗算時，無須驗算 驗算驗算 l/d15時，可按材料力學(xué)有關(guān)公式進行時，可按材料力學(xué)有關(guān)公式進行4、3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 4、3、1 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例 4、3、2 缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4、3、1 液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉液壓缸的典型結(jié)構(gòu)舉例例典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù)典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)缸體組件、活塞組件、密封件、缸體組件、活塞組件、密

20、封件、 連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。連接件、緩沖裝置、排氣裝置等。 設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù)缸工作壓力、運動速度、工作條件、缸工作壓力、運動速度、工作條件、加工工藝及加工工藝及拆 裝檢修等。 4、3、2 缸體與端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接 活塞和活塞桿結(jié)構(gòu)活塞和活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿頭部的連接活塞桿頭部的連接 液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置 液壓缸的排氣裝置液壓缸的排氣裝置 缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接 法蘭連接法蘭連接 半環(huán)連接半環(huán)連接 螺紋連接螺紋連接 拉桿連接拉桿連接 焊接連接焊接連接 缸體與端蓋的連接缸體與端蓋的連接 工作壓力、缸體材料、工作壓力、缸體材料、 工作條件不

21、同工作條件不同 連接形式很多低壓，連接形式很多低壓， 鑄鐵缸體，外形尺寸鑄鐵缸體，外形尺寸大大 缸體與端蓋的連接形式缸體與端蓋的連接形式法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤，較雜。法蘭連接：高壓，需焊接法蘭盤，較雜。 內(nèi)半環(huán)內(nèi)半環(huán) 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸半環(huán)連接半環(huán)連接 方便方便（但因缸體上開了環(huán)行槽，強度削弱）（但因缸體上開了環(huán)行槽，強度削弱） 外半環(huán)外半環(huán) 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋 螺紋連接螺紋連接 重量輕，外徑小，但端部復(fù)雜，重量輕，外徑小，但端部復(fù)雜， 外螺紋外螺紋 裝卸不便，需專用工具裝卸不便，需專用工具 焊接連接焊接連接拉桿連接拉桿連接通用性好，缸體加工方便，裝拆方通用性好，缸體加工

22、方便，裝拆方便，但端蓋體積大，重量也大，拉便，但端蓋體積大，重量也大，拉桿受力后會拉伸變形，影響端部密桿受力后會拉伸變形，影響端部密封效果，只適于低壓封效果，只適于低壓. 活塞和活塞桿的連接活塞和活塞桿的連接 工作壓力、安裝方式、工作壓力、安裝方式、 工作條件的不同。工作條件的不同。 活塞組件有多種結(jié)構(gòu)形式。活塞組件有多種結(jié)構(gòu)形式。 整體式：常用于小直徑液壓缸，整體式：常用于小直徑液壓缸， 結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸緊湊， 但損壞后需整體更換但損壞后需整體更換 活塞和活塞桿的連接活塞和活塞桿的連接焊接式：同上焊接式：同上 錐銷式：常用于雙桿缸，加工容易，裝配錐銷式：常用于雙桿缸

23、，加工容易，裝配 簡單，但承簡單，但承 載能力小，且需防止載能力小，且需防止 脫落脫落 螺紋式：常用于單桿缸，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆螺紋式：常用于單桿缸，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆 方便，但需方便，但需 防止螺母松動防止螺母松動。 半環(huán)式：常用于高壓大負載或振動比較大半環(huán)式：常用于高壓大負載或振動比較大 的場合，強的場合，強 度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 裝拆方便。裝拆方便。 活塞桿頭部結(jié)構(gòu)活塞桿頭部結(jié)構(gòu)活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳活塞桿：是連接活塞和工作部件的傳 力零件，必須具有足力零件，必須具有足 夠的強夠的強 度和剛度，一般用鋼料制成度和剛度，一般用鋼料制成, 且需鍍鉻。且需鍍鉻。液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置 必要